CN103282325A - 基于钙聚（铁-铝硅酸盐）的地聚合物水泥及其生产方法 - Google Patents

基于钙聚（铁-铝硅酸盐）的地聚合物水泥及其生产方法 Download PDF

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Abstract

钙聚（铁-硅铝酸盐）型地聚合物粘合剂或水泥，该钙聚（铁-硅铝酸盐）型地聚合物粘合剂或水泥在硬化后，由地聚合物组成，其中一部分Al原子由Fe原子取代，近似公式为：[Ca,Na,K]·[-Fe-O]x·[-Si-O-(Al-O)(1-x)]·[-Si-O]y“x”值小于或等于0.5，“y”值在0和25之间。所述地聚合物粘合剂或水泥是富氧化铁和铁-高岭石地质元素的钙地聚合物型地聚合作用的结果，由花岗岩或片麻岩等酸性岩或玄武岩和辉长岩等碱性岩（镁铁质）风化形成。所述地聚合物粘合剂或水泥的生产方法包括在600℃到850℃温度下处理所述地质元素。在所述热处理过程中，所有氧化铁[针铁矿FeO(OH)+Fe3O4磁铁矿]均转化为赤铁矿Fe2O3，铁-高岭土变为Fe-MK-750型铁-偏高岭土，然后使其与钙地聚合物型反应介质反应。

Description

基于钙聚(铁-铝硅酸盐)的地聚合物水泥及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种用于施工的新型地聚合物水泥（geopolymeric cement）。所述水泥称为地聚合物水泥，是由于其由碱性铝硅酸盐（alkaline aluminosilicates）组成，铝硅酸盐更为熟知的名称是聚（铝硅酸盐）（poly(sialate)）、聚（铝硅酸盐-硅氧基）（poly(sialate-siloxo)）和/或聚（铝硅酸盐-二硅氧基）（poly(sialate-disiloxo)）。在本发明中，水泥包含钙聚（铁-铝硅酸盐）（Ca-poly(ferro-sialate)）、钙聚（铁-铝硅酸盐-硅氧基）（Ca-poly(ferro-sialate-siloxo)）和/或钙聚（铁-铝硅酸盐-二硅氧基）（Ca-poly(ferro-sialate-disiloxo)geopolymers)。
背景技术
能区分出两种类型的水泥：水凝水泥和地聚合物水泥。地聚合物水泥是由碱活化造成矿物缩聚作用产生的，即矿物合成反应，这与传统水凝粘合剂相反，其中铝酸钙和硅酸钙的水合作用导致硬化。
采用术语聚（铝硅酸盐）表示铝硅酸盐地聚合物。硅铝酸盐网由氧原子交替粘合的SiO4和AlO4四面体组成。配位（IV）中聚（铝硅酸盐）结构空腔中存在的阳离子（Na+、K+、Ca++、H3O+）平衡Al3+的负电荷。聚铝硅酸盐的经验式为：
Mn{-(SiO2)z-AlO2}n,wH2O,
其中，M表示阳离子K、Na或Ca，"n"为聚合程度；"z"等于1、2、3或以上，直至32。三维网（3D）地聚合物为以下类型：
聚（铝硅酸盐）Mn-(-Si-O-Al-O-)n               M-PS      Si:Al=1:1
聚（铝硅酸盐-硅氧基）Mn-(Si-O-Al-O-Si-O-)n         M-PSS     Si:Al=2:1
聚（铝硅酸盐-二硅氧基）Mn-(Si-O-Al-O-Si-O-Si-O-)n      M-PSDS     Si:Al=3:1
聚（铝硅酸盐）、聚（铝硅酸盐-硅氧基）和/或聚（铝硅酸盐-二硅氧基）型地聚合物粘合剂或水泥为强调其特殊性质的多项专利的主题。可引用法国专利实例FR2.489.290、2.489.291、2.528.818、2.621.260、2.659.319、2.669.918和2.758.323。
现有技术（WO92/04298、WO92/04299、WO95/13995、WO98/31644）记载的地聚合物水泥是三种完全不同的矿物试剂间缩聚作用形成的产物，即：
a)铝硅酸盐氧化物（Si2O5、Al2O2）；
b)焦硅酸钾或二硅酸钠(Na,K)2(H3SiO4)2；
c)二硅酸钙Ca(H3SiO4)2。
试剂a)和b)为反应介质中加入的工业反应物。另一方面，成分c)二硅酸钙以天然状态原位出现在强碱介质中。通常，高炉渣中存在的钙黄长石等硅酸钙之间的化学反应产生二硅酸钙。
在参考书《地聚合物化学及应用》（J.Davidovits，地聚合物研究所，2008年）中，这些类型的地聚合物如其第9章和第10章所述，属于钙基地聚合物（即，钙地聚合反应所得的地聚合物）类别。依照该定义，根据形成钙地聚合物型地聚合反应的本发明对聚合物粘合剂或水泥进行描述。
地聚合物水泥的一个有趣的特性是在生产期间地聚合物水泥释放出非常少的温室气体二氧化碳CO2，而含有硅酸盐水泥熟料的水泥释放出大量二氧化碳。如1994年出版的《世界资源评论》第6卷第2期第263至278页题为《全球变暖对水泥和骨料业的影响》的出版物中所述，一吨硅酸盐水泥释放一吨二氧化碳气体，而地聚合物水泥释放的二氧化碳少于5-10倍。换句话说，在限制未来二氧化碳排放量的国际法和协议框架范围内，最初生产硅酸盐水泥的水泥生产商将能够生产出5-10倍以上的地聚合物水泥，同时释放出等量的二氧化碳。对地聚合物水泥的需求对发展中国家的经济来说是最显而易见。
国际专利文献第WO2003FR01545号中描述了含有反应混合物的地聚合反应形成的聚（铝硅酸盐-二硅氧基）的地聚合物水泥，其中反应混合物包括：
a)强风化花岗岩型残余岩石，其高岭土化非常先进；
b)钙黄长石玻璃，其中玻璃部分数量按重量计高于70%；
c)摩尔比率(Na,K)2O:SiO2范围为0.5-0.8的可溶碱性硅酸盐。
所述侵蚀花岗岩型的残余岩石按重量计由20-80%的高岭石以及80-20%的长石岩和石英岩的残余砂组成。在650℃-950℃温度下焙烧所述残余岩石。地聚合反应也为钙地聚合物型。
现有技术的地聚合物水泥的共同特点是其包含较少量氧化铁。这是由于本领域人员关注一些亚铁化合物Fe++的有害作用，亚铁化合物能阻碍地聚合物反应的进行。在另一本科技出版物中，氧化铁针铁矿FeO(OH)也似乎不太可靠。Fe2O3型赤铁矿和Fe3O4型磁铁矿的氧化物看起来更有利。
然而，对于用煤粉装置灰分生产的地聚合物水泥而言，专家不建议使用富含Fe2O3的飞灰。Fe3O4磁铁矿甚至有害。例如，在2008年出版的参考书《地聚合物化学及应用》（J.Davidovits，地聚合物研究所）第12章（基于飞灰的地聚合物）第12.5.2节中，Fe2O3的量按重量级必须低于10%；同样地，人们发现大量Fe2O3赤铁矿和Fe3O4磁铁矿是不利的，因为它们大大降低了地聚合物水泥的抗压强度。然而，令申请者大为惊奇的是，根据本发明，即使钙聚（铁-铝硅酸盐）型地聚合物粘合剂或水泥中Fe2O3赤铁矿按重量计高达40%，室温下28天的抗压强度仍然很高，约为60-90MPa。
本领域人员注意到大量铁原子的存在阻止使用特定分析技术时，增加了对于高氧化铁含量的怀疑，这对理解化合物中地聚合物分子结构是必要的。例如，不可能采用核磁共振光谱法（NMR）。
然而，如现有技术所述，全球大批量生产地聚合物水泥不能局限于仅基于铁含量低的高岭石粘土或残余侵蚀的花岗岩石的地质资源。需要采用构成铁铝岩或红土岩和土壤的大量地质层。这可通过根据本发明生产的钙聚（铁-铝硅酸盐）型地聚合物水泥实现。
对现有技术、专利和科学文献的研究说明一些红土可用于生产砖块。该技术对低温地聚合物凝固（LTGS）领域的人员来说是熟知的。2008年出版的参考书《地聚合物化学及应用》（J.Davidovits，地聚合物研究所）第23章第23.1节中描述了该低温生产砖的技术。该参考书描述了红土，按照定义其富含氧化铁，向其中加入按重量计1%-5%的碱性氢氧化物（NaOH和/或KOH）和足量水来通过压制生产砖。申请人在1980年提交的法国专利FR2.490.626首次描述了该技术，其标题为“用含铁土、红土和铁铝土生产用于建筑的项目的方法及由此获得的项目”。其使得能生产砖。但其并不用于提供可用作生产地聚合物混凝土的水泥的地聚合物粘合剂或水泥。根据本发明，粘合剂或水泥为液态，适于覆盖普通混凝土骨料。根据钙地聚合物型地聚合反应获得这些粘合剂或水泥，并在室温20℃硬化。
要生产根据本发明所述的地聚合物粘合剂和水泥，地质元素必须经过600℃-850℃热处理，这不适用于现有技术中描述的低温地聚合物凝固工艺。
现有技术中存在非常少的涉及富含氧化铁的岩石或土壤的地聚合反应的研究。可引用C.K.Gomes等人发布的最新研究：“含富铁磁体前体的地聚合物中的铁分布”（《材料科学论坛》第643卷（2010年）第131-138页）。该研究涉及采用穆斯堡尔谱学对含约60%的氧化铁（表示为Fe2O3）和仅6%的Al2O3的红土地聚合反应的分析。假设所有Al2O3仅涉及通常存在于该类型土壤中的矿物高岭石，在此情况下，土壤含有按重量计少于15%的高岭石。通常，这类土壤用于生产上述低温地聚合物凝固型砖。相反，本发明范围内，地质元素包含按重量计5%-40%的氧化铁Fe2O3赤铁矿和15%-60%的高岭石。氧化铁Fe2O3赤铁矿量按重量计高于40%的岩石时，其具有惰性填料的作用，可防止采用地聚合反应生产粘合剂或水泥。另一方面，根据现有技术，该材料对于生产低温地聚合物凝固型砖而言很理想。
上述C.K.Gomses等人所著的科学文献描述了地质原料（称为SL1）通过700℃热处理进行转化（产物称为SL2）。确认热处理将针铁矿FeO(OH)转化为Fe2O3赤铁矿。我们知道，根据现有技术，Fe3O4磁铁矿也能转化为赤铁矿。穆斯堡尔谱表明SL1（无煅烧）形成的地聚合物中，一些Fe3+原子与分子结构相关，在八面体位置Fe[VI]用Fe原子取代Al原子。另外，在700℃下（SL2）煅烧后，地聚合物的分子结构中不包含Fe原子。Fe原子仅以氧化铁Fe2O3赤铁矿的形式存在。与现有技术相反的是，本发明的地聚合物粘合剂或水泥中，铁-铝硅酸盐地聚合物序列[-Fe-O-Si-O-Al-O-]中的结构位置处发现的部分Fe原子为四面体Fe[IV]。Fe[IV]原子的量为地聚合物粘合剂或水泥中包含的Fe2O3总量的5%-50%，剩余物的量为50%-95%，并化合成结晶为Fe2O3赤铁矿的氧化铁。
对发明内容的描述
本发明的主要目的是提供钙聚（铁-铝硅酸盐）型地聚合物粘合剂或水泥，或简化为钙聚（铁-铝硅酸盐）。该地聚合物粘合剂或水泥由富含氧化铁和铁-高岭石以及花岗岩或片麻岩等风化酸性岩或玄武岩和辉长岩等碱性岩（铁镁质岩）中形成的铁-高岭石的地质元素的钙地聚型地聚合作用产生。
本发明的第二个目的是提供适用于钙聚（铁-铝硅酸盐）型地聚合物粘合剂或水泥的生产方法。
在20℃室温下硬化后，或（必要时）在低于85℃温度下热处理后，地聚合物粘合剂或水泥包括属于地聚合物族的地聚化合物，地聚合物族包括钙聚（硅铝酸盐）和/或钙聚（硅铝酸盐-硅氧基）和/或钙聚(硅铝酸盐-二硅氧基)，但与现有技术不同的是，某些Al原子被Fe原子取代，产生具有以下化学式的地聚化合物：
[Ca,Na,K]·[-Fe-O]x·[-Si-O-(Al-O)(1-x)]·[-Si-O]y
其中，"x"值小于或等于0.5，"y"值在0～25之间。
要得到新的地聚合物粘合剂或水泥，在风化地质岩中，可以选择按岩石重量计为5%至40%的具有一定量氧化铁的岩石[针铁矿FeO(OH)+Fe2O3赤铁矿+Fe3O4磁铁矿]。
花岗岩或片麻岩等酸性岩或玄武岩和辉长岩等碱性岩（铁镁质）的风化产生高岭石。但在本发明框架内，由于存在大量氧化铁，高岭石含有部分取代分子结构中Al的Fe原子。这种取代可达到Al原子的25%。然而，无法从未取代的高岭石中分离出取代高岭石。这解释了在本发明范围内，用通用术语“铁-高岭石”来指代取代高岭石与未取代高岭石的混合物的原因。本发明所述的地质原料中，铁-高岭石的数量按重量计为15%至60%。
碱性岩风化有时可能产生氢氧化铝，例如铝土矿中氢氧化铝的数量按重量计可能超过50%。在600-850℃温度下进行热处理后，氢氧化铝易于钙地聚合物型反应介质发生反应。地聚合作用过程中，每个Al原子必须用一个碱性阳离子Na+、K+或半个Ca++阳离子平衡。大量氢氧化铝需要添加同等数量的碱性试剂，这能在进行此类工艺的经济评价时发挥重要作用。因此优选氢氧化铝不较富集的地质层。在本发明框架内，氢氧化铝[三水铝矿Al(OH)3+勃姆石AlO(OH)]的数量按重量计为0%至20%。
如果参考Davidovits的专利FR2.490.626中的现有技术，存在的这些氢氧化铝相当于摩尔比率SiO2/Al2O3小于2的原料。从第4页第22-43行可知，需要添加一定量的水合氧化硅或释放自由硅的材料或摩尔比率SiO2/Al2O3大于2的铝硅酸盐中发现的活性二氧化硅。可以引述各种蒙脱石型粘土矿物，如形成可溶性碱性硅酸盐的蒙脱石和/或蛭石。然而，在称为腐岩（破碎底岩）的地质层中，风化产生一种根据本发明有利于制备粘合剂或水泥的有趣化合物。确实，尽管氢氧化铝[三水铝矿Al(OH)3+伯姆石AlO(OH)]的数量较高，按重量计在5%至20%之间，但是因为存在蒙脱石和/或蛭石等粘土矿物蒙脱石，可通过添加可溶性硅酸盐等地质聚合物试剂予以补偿。因为可溶性硅酸盐试剂为可以获得的天然地质原料，无需再次添加。在玄武岩风化产生的此类腐岩（破碎底岩）中，一定量的铁-高岭石被按重量计为2%至20%的蒙脱石取代。
某些地质层中，风化也会形成另一种高岭石，即埃洛石（halloysite）。这种情况下，铁-高岭石可被按重量计为0%至20%的埃洛石取代。
如上所述，高浓度Fe原子防止使用基于核磁共振光谱法（NMR）的分析技术。用于确定本发明中生产的地聚合物粘合剂结构的分析法为穆斯堡尔谱法和X射线衍射。
射线衍射分析表明，硬化后，地聚合物粘合剂或水泥由包含氧化铁Fe2O3赤铁矿结晶颗粒的非晶基质组成。其他氧化铁（针铁矿和磁铁矿）消失。X射线衍射光谱也包含地质岩石中天然存在的其他结晶矿物、惰性填料，如石英、金红石、锐钛矿、辉石、橄榄石、长石、白云母、黑云母，仅引用最常见的物质。当比较地质起始原料的X射线衍射光谱与获得的地聚合物水泥的X射线衍射光谱时，需要注意到这些结晶矿物似乎不会与钙地质聚合物型反应介质反应。另一方面，原料的X射线衍射光谱中出现的铝硅酸盐矿物（高岭石、铁-高岭石、埃洛石、蒙脱石、蛭石）未出现在硬化地聚合物水泥的X射线衍射光谱中。分配给地聚合物基质的非晶晕圈(amorphous halo)位于Cu(Kα)的27-29°2θ，与现有技术的其他地聚合物水泥的非晶晕圈相似和一致。
第57位铁元素的穆斯堡尔谱使得能区分仅在氧化物中化合的Fe原子[针铁矿FeO(OH)+Fe2O3赤铁矿+Fe3O4磁铁矿]与属于铝硅酸盐或地聚合物分子结构的Fe原子，即区分光谱中Fe原子与Fe取代Al涉及的Fe原子。现有技术中，对含氧化铁的高岭石或高岭石粘土中用Fe原子取代Al原子进行了几项科学研究。后者在P.J.Malden和R.E.Meads的题为“Substitutionby iron in kaolinite（取代高岭石中的铁）”论文中进行说明（《自然》215(1967)844-846）。仅当Fe原子为三价类型Fe3+时发生取代。用于生产本发明地聚合物粘合剂和水泥的地质原料总是如此。
因此，原料中存在的部分高岭石包含被Al取代的铝，将序列-Si-O-Al(OH)2转化成-Si-O-Fe(OH)2。无法物理分离铁取代高岭石与非取代高岭石。本发明中，采用一般术语“铁-高岭石”指代这种特殊高岭石，其具有含不足40%氧化铁[针铁矿FeO(OH)+Fe2O3赤铁矿+Fe3O4磁铁矿]的地质原料的特性。在这种铁-高岭石中，上述铁原子的数量按氧化铁中Fe原子的总量计为5%至50%。
具体实施方式
本发明的地聚合物粘合剂或水泥的生产方法包括：
a)在600℃至850℃温度范围内处理上述地质岩。在此热处理期间，将氧化铁针铁矿FeO(OH)和Fe3O4磁铁矿转化成赤铁矿Fe2O3，将铁-高岭石转化为Fe-MK-750型铁-偏高岭土；
b)然后使其与钙地聚合物型反应介质反应。
57Fe穆斯堡尔谱（57Fe
Figure BDA00003426230900061
spectrum）使得能研究铁-高岭石转化为铁-偏高岭土Fe-MK-750的过程，因此在光谱的两种参数IS（异构体位移）和QS（四极分裂）中，QS值的增长十分明显，其从为铁-高岭石时的0.60mm/s增至为铁-偏高岭土Fe-MK-750时的1.0～1.50mm/s。可由此推断Fe原子的电子环境在煅烧期间发生变化。因此，正如偏高岭土MK-750的序列-Si-O-Al(OH)2导致Si-O-Al=O（铝锈），序列-Si-O-Fe(OH)2将变成铁-偏高岭土Fe-MK-750中的-Si-O-Fe=O（铁锈）。后一种在进行钙-地聚型地聚合反应时十分活跃。
因此本发明的地聚合物粘合剂或水泥由钙聚（铁-铝硅酸盐）型地聚化合物组成。在扣除了异构体位移IS=0.2mm/s的值和四极分裂QS=1.0至1.50mm/s的值的穆斯堡尔谱中用双线强调Fe原子取代Al原子。这两种参数具有结构性四面体配位Fe[IV]中铁原子的特性。[cf EnverMurad和Ursel Wagner，粘土和粘土矿物：烧成工艺，《超精细相互作用》117(1998)337-356]。但是，由于57Fe穆斯堡尔谱受到其中一种赤铁矿的污染，其太过精细而无法结合，因此需减去穆斯堡尔谱，从而使铁-铝硅酸盐种类的双线可见。
如果遵循上述地聚合物著作（见上文），则由钙聚（铁-铝硅酸盐）组成的地聚化合物具有如下近似公式：
[Ca,Na,K]·[-Fe-O]x·[-Si-O-(Al-O)(1-x)]·[-Si-O]y
其中，"x"值小于或等于0.5，"y"值在0-25之间。
钙地聚合物的地聚合反应描述于在地聚合物研究所2008年出版的J.Davidovits所著《地聚合物化学及应用》第9章的现有技术。可了解根据此反应获得的地聚合物水泥为由固溶体组成的地聚化合物，其包括：
a)钙聚（二铝硅酸盐）Ca[-Si-O-Al-O]2·nH2O，其结构与钙长石相似；
b)聚（铝硅酸盐）钠和/或钾[Na,K][-Si-O-Al-O]；
c)聚（铝硅酸盐-二硅氧基）钠和/或钾[Na,K][Si-O-Al-O-SI-O-Si-O]；
d)钙二（硅氧酸盐）水合物Ca[Si-O-Si-O],H2O，按照硅酸盐水泥专家的专业术语杜撰为CSH。钙二（硅氧酸盐）水合物的形成取决于反应介质中高炉渣（玻璃黄长石）的数量。
在本发明范围内，Al原子由铁替代明显改变了该地聚化合物的构成。人们认为该取代主要发生在聚（铝硅酸盐）钠和/或钾地聚合物以及聚（铝硅酸盐-二硅氧基）钠和/或钾地聚合物中。一定数量的Fe还与钙二（硅氧酸盐）水合物相关，用Fe+++替代Ca++。在当前科学水平下，无法判断Fe取代Al的情况是否发生或者不发生于钙的聚合物（二铝硅酸盐）。这就是无法引入本文的原因，但是无法排除。
根据本发明，钙聚（铁-铝硅酸盐）地聚合物粘合剂或水泥为由包含至少两种选自以下组分的固溶体组成的地聚化合物：
a)钙聚（二铝硅酸盐）Ca[-Si-O-Al-O]2·nH2O，其结构与钙长石相似；
b)聚（铁-铝硅酸盐）钠和/或钾[Na,K][-Fe-O-Si-O-Al-O]；
c)聚（铁-铝硅酸盐-二硅氧基）钠和/或钾
[Na,K][-Fe-O-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O]
在某些情况下，在钙-试剂的数量高于产生钙聚（二铝硅酸盐）Ca[-Si-O-Al-O]2·nH2O所需的数量时，其结构与钙长石类似，固溶体还包含来自CSH的铁-钙-二（硅氧酸盐），Ca被Fe取代。本发明所述的地聚合物粘合剂或水泥钙聚（铁-铝硅酸盐）为由包含至少两种选自以下组分的固溶体组成的地聚化合物：
a)钙聚（二铝硅酸盐）Ca[-Si-O-Al-O]2·nH2O，其结构与钙长石相似；
b)聚（铁-铝硅酸盐）钠和/或钾[Na,K][-Fe-O-Si-O-Al-O]；
c)聚（铁-铝硅酸盐-二硅氧基）钠和/或钾
[Na,K][-Fe-O-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O]。
d)铁-钙-二（硅氧酸盐）水合物[Ca,Fe][Si-O-Si-O],H2O
热处理后，地质元素包含地聚合物前体Fe-MK-750，还包含赤铁矿以及最初出现在风化酸性岩、花岗岩和片麻岩或者碱性岩（铁镁质）、玄武岩和辉长岩中的惰性矿物填料。仅引用最常见的物质，即：石英、金红石、锐钛矿、钛铁矿、辉石、橄榄石、长石、白云母和黑云母。将其加入钙地质聚合物型反应介质，由以下组成：
钙黄长石玻璃，其中玻璃部分按重量计高于70%；
可溶性碱性硅酸盐，其中(Na,K)2O与SiO2的摩尔比率范围为1.40至2.0。
若有必要，根据风化岩的矿物学性质和碱性阳离子的需求，可溶性碱性硅酸盐的摩尔比率可能较低，SiO2:(Na,K)2O的摩尔比率范围为1.20至1.40。不过，最好是调整反应混合物，以提供非腐蚀性介质，即，SiO2与(Na,K)2O的摩尔比率范围为1.40至2.0。
通过以下实例描述本发明的粘合剂或水泥，其并不是在本发明权利要求所述的范围中的进一步的限定。所有指示部分按重量计算。
实例1
选择玄武岩风化形成的密高岭土型残余红土岩，密高岭土残余红土岩含12%石英、45%高岭石、30%赤铁矿、3%针铁矿和10%其他元素（锐钛矿+钛铁矿+橄榄石）。
在750℃下煅烧3个小时，然后研磨至平均粒度达10-25μm。
进行以下反应混合：
Figure BDA00003426230900081
在20℃室温下硬化，在有盖模具中进行硬化，以避免水分蒸发。第7天的抗压强度为30Mpa，第28天的抗压强度为75Mpa。在10%水溶液中测得的破碎地聚合物水泥的pH值为pH=12.20（第7天），pH=11.65（第28天）。
通过X射线衍射分析硬化的钙聚（铁-铝硅酸盐）水泥。光谱显示了Cu(Kα)在28°2θ的特性非晶晕圈（characteristic amorphous halo），还有确定为赤铁矿、矿物石英、锐钛矿+钛铁矿+橄榄石的附加谱线（with additional lines assigned to hematite,the minerals quartz,anatase+ilménite+olivine）。在钙地聚合物反应混合物中反应后，高岭石和针铁矿均无剩余。
实例2
选择玄武岩风化形成的腐岩（破碎底岩）型残余岩石。残余岩石含15%斜长岩、3%石英、10%辉石、35高岭石、18%赤铁矿、3%针铁矿、6%三水铝矿、5%蒙脱石和5%其他元素（锐钛矿+钛铁矿+橄榄石）。
在750℃下煅烧3个小时，然后研磨至平均粒度达10-25μm。
进行以下反应混合：
Figure BDA00003426230900082
Figure BDA00003426230900091
在20℃室温下硬化，在有盖模具中进行硬化，以避免水分蒸发。第7天的抗压强度为40Mpa，第28天的抗压强度为90Mpa。在10%水溶液中测得的破碎地聚合物水泥的pH值为pH=12.25（第7天），pH=11.75（第28天）。
通过X射线衍射分析硬化的钙聚（铁-铝硅酸盐）水泥。光谱显示了Cu(Kα)在28°2θ的特性非晶晕圈，同时有确定为赤铁矿、矿物辉石、石英、锐钛矿、钛铁矿的附加谱线。在钙地聚合物反应混合物中反应后，高岭石、针铁矿、三水铝矿和蒙脱土均无剩余。
同时还进行57Fe穆斯堡尔分析
Figure BDA00003426230900092
analysis)。由于赤铁矿量大，一级光谱显示掩盖双线光谱的Sextet01（六重峰、六重线）。减除Sextet01后，双线光谱出现，且参数异构体位移（isomer-shift）IS=0.2mm/s，四极分裂（quadrupole-split）QS=1mm/s。这两个参数是地聚合物分子结构中结构四面体配位Fe[IV]的Fe原子特性。
当然，本领域人员可在本发明范围内对上述仅作为实例描述的本发明地聚合物粘合剂或水泥和制备方法进行各种修改，而仍然在本发明的范围之内。

Claims (8)

1.一种钙聚（铁-硅铝酸盐）型地聚合物粘合剂或水泥，该钙聚（铁-硅铝酸盐）地聚合物粘合剂或水泥在硬化后，由属于含钙聚（铝硅酸盐）和/或钙聚（铝硅酸盐-硅氧基）和/或钙聚（铝硅酸盐-二硅氧基）的地聚合物族的地聚合物组成，其中所述地聚合物具有一部分由Fe原子取代的Al原子，近似公式为：
[Ca,Na,K]·[-Fe-O]x·[-Si-O-(Al-O)(1-x)]·[-Si-O]y
“x”值小于或等于0.5，“y”值在0和25之间，所述Fe原子在铁-铝硅酸盐地聚合物序列[Fe-O-Si-O-Al-O]的结构四面体配位Fe[IV]中，所述Fe原子的数量在所述地聚合物粘合剂或水泥中所含Fe2O3总量的5%和50%之间，剩余物的量在50%和95%之间，化合成晶质氧化铁Fe2O3赤铁矿。
2.根据权利要求1所述的地聚合物粘合剂或水泥，其中所述地聚合物由包含至少两种选自以下组分的固溶体组成：
a)钙聚合物（二铝硅酸盐）Ca[-Si-O-Al-O]2·nH2O，其结构与钙长石相似；
b)聚（铁-铝硅酸盐）钠和/或钾[Na,K][-Fe-O-Si-O-Al-O]；
c)聚（铁-铝硅酸盐-二硅氧基）钠和/或钾
[Na,K][-Fe-O-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O]。
3.根据权利要求1所述的地聚合物粘合剂或水泥，其中所述地聚合物由包含至少三种选自以下组分的固溶体组成：
a)钙聚（二铝硅酸盐）Ca[-Si-O-Al-O]2·nH2O，其结构与钙长石相似；
b)聚（铁-铝硅酸盐）钠和/或钾[Na,K][-Fe-O-Si-O-Al-O]；
c)聚（铁-铝硅酸盐-二硅氧基）钠和/或钾
[Na,K][-Fe-O-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O]；
d)铁-钙-二（硅氧酸盐）水合物H2O。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的地聚合物粘合剂或水泥，其中地聚合物粘合剂或水泥是富氧化铁和铁-高岭石地质元素的钙地聚合物型地聚合作用的结果，由花岗岩或片麻岩等酸性岩或玄武岩和辉长岩等碱性岩（镁铁质）风化形成。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的地聚合物粘合剂或水泥，其中在所述地质元素中，按重量计氧化铁[FeO(OH)针铁矿+Fe2O3赤铁矿+Fe3O4磁铁矿]量在5%至40%之间，按重量计铁-高岭石量在15%至60%之间且按重量计氢氧化铝[三水铝石Al(OH)3+勃姆石AlO(OH)]量在0%至20%之间。
6.根据权利要求5所述的地聚合物粘合剂或水泥，其中可用0%至20%的矿物埃洛石取代铁-高岭石。
7.根据权利要求5所述的地聚合物粘合剂或水泥，通过镁铁质岩石风化形成的腐岩（破碎底岩）型地质元素的地聚合作用获得所述地聚合物粘合剂或水泥，其中按重量计氢氧化铝[三水铝石Al(OH)3+勃姆石AlO(OH)]量在5%至20%之间，用2%至20%蒙脱石和/或蛭石等蒙脱石矿物取代铁-高岭石。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的地聚合物粘合剂或水泥的生产方法，其中所述生产方法包括：
a)在600℃到850℃温度下处理所述地质元素，在所述热处理过程中，所有氧化铁[针铁矿FeO(OH)+Fe3O4磁铁矿]均转化为赤铁矿Fe2O3，铁-高岭土变为Fe-MK-750型铁-偏高岭土；
b)使其与钙地聚合物型反应介质反应。
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